JP3672559B2 - インク噴射記録ヘッドチップの製造方法、インク噴射記録ヘッドの製造方法、および記録装置 - Google Patents
インク噴射記録ヘッドチップの製造方法、インク噴射記録ヘッドの製造方法、および記録装置 Download PDFInfo
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
本発明は、インク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法、インク噴射記録ヘッドの製造方法、およびこれらの製造方法によって製造されたインク噴射記録ヘッドを用いる記録装置に関するものである。
パルス加熱によってインクの一部を急速に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィスから吐出させる方式のインクジェット記録装置は、特許文献１および特許文献２等によって開示されている。
このパルス加熱の最も簡便な方法は発熱抵抗体にパルス通電することであり、その具体的な方法が、非特許文献１および非特許文献２で発表されている。これら従来の発熱抵抗体の共通する基本的構成は、薄膜抵抗体と薄膜導体を酸化防止層で被覆し、この上に該酸化防止層のキャビテーション破壊を防ぐ目的で、耐キャビテーション層を１〜２層被覆するというものであった。
この複雑な多層構造を抜本的に簡略化するものとして、特許文献３に記載のように、前記酸化防止層と耐キャビテーション層を不要とする発熱抵抗体を用いて印字する方法がある。この場合は、薄膜抵抗体がインクと直接接触しているため、パルス加熱によるインクの急激な気化とそれによるインクの吐出特性とが大幅に改善され、熱効率の大幅な改善と吐出周波数の向上を図ることができた。このような画期的な性能を実現できた最大の理由は、耐パルス性、耐酸化性、耐電食性に優れたＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯまたはＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮｉ薄膜導体から構成される発熱抵抗体を用いたことにあり、如何なる保護層も必要としないことによる。
特開昭４８−０９６２２号公報
特開昭５４−５１８３７号公報
特開平０６−０７１８８８号公報
特開昭５９−１３８４７２号公報
日経メカニカル１９９２年１２月２８日号５８ページ
Hewlett-Packard-Journal,Aug.1988
このように従来技術に比較して、大幅に小さな投入エネルギでインク噴射が可能となったので、この発熱抵抗体を駆動用ＬＳＩチップ上のデバイス領域に近接して形成しても、もはや、ＬＳＩデバイスを加熱して温度上昇をもたらすこともなく、非常に簡単な構成のモノリシックＬＳＩヘッドを実現することができるようになった。これについては、本願発明者が先に出願した特願平０５−２７２４５２号明細書（特開平０６−２３８９０１号公報参照）および特願平０５−０９０１２３号明細書（特開平０６−２９７７１４号公報参照）に記載の通りである。この新しい技術によって、多くのインク噴射ノズルを持つオンデマンド型インクジェットプリントヘッドが高密度に、しかも２次元的に集積化して製造することができるようになり、しかも、その駆動を制御する配線本数が大幅に削減できるので実装方法も非常に簡略化することができた。
さらに、保護層の不要な薄膜発熱抵抗体の優れた発泡消滅特性（本願発明者の出願に係る特願平０５−２７２４５１号（特開平０７−１２５２１２号）参照）を利用すれば、この発熱抵抗体面と垂直またはほぼ垂直方向にインク滴を吐出させる方式のサーマルインクジェットプリントヘッドにおいては、新しい駆動方法によってクロストークを大幅に低減できることが明らかとなった（特願平０６−４９２０２号（特願平７−５０８５９号およびその公開公報の特開平７−３０４１７４号）参照）。このことは、個別インク通路の長さを短くしてインクの流路抵抗を小さくできることを示しており、吐出インクの補充時間の短縮、すなわち印字速度の大幅な向上も達成できた。
なお、特願平０５−０９０１２３号（特開平０６−２９７７１４号参照）ならびに本発明は、一見すると、特許文献４に記載のヘッド構造と類似のものと見られ易いが、構造的には大きな相達点がある。それは、特許文献４に記載の実施例の共通液室（本発明の共通インク通路）の幅（特許文献４のｌ寸法から決定される）が２〜８５０ｍｍという範囲にあるのに対し、本発明の共通インク通路は同一基板に作られているインク溝と一体的につながっており、しかもこれら全てを含めた幅が０．２ｍｍ程度という桁違いに小さいものであるという違いである。
上に述べたように、新しい駆動方法（特願平０６−４９２０２号（特開平７−３０４１７４号）参照）を発明したことによってクロストークを大幅に低減できるようになり、印字速度の大幅な向上も達成することができた。そこで、この発明を大規模高集積密度の一体型サーマルインクジェットプリントヘッド（本発明者の発明になる特願平０５−０９０１２３号（特開平０６−２９７７１４号参照）に適用してその高性能化を図ったところ、ヘッドの構造面に若干の変更を加えることでこれが達成できると共に、製造技術的にも大幅な改善が行えることが明らかとなった。更に、保護層の不要な発熱抵抗体に加えてヘッド構成材料と製造法を改善することにより、従来技術での限界吐出口列密度を３倍以上にも高密度化できることも明らかとなった。また、インク吐出用オリフィスが２次元的大規模且つ高密度に集積して形成されているオリフィスプレ−トに対しても、正確にその表面層のみに撥水処理をほどこすことができ、オリフィスプレートに対するクリーニング作業の削除または大巾な削減を図ることもできることが明らかとなった。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、ノズル配列密度を従来技術の３倍以上として、数千ノズル以上／ヘッドという大規模な高集積ヘッド、例えば、１６００ｄｐｉのヘッドを実現するとともに、その製造と組み立て実装方法についても容易に量産化できるインク噴射記録ヘッドを実現し、しかも、このノズル列を高密度に２次元的に配列したヘッド基板を薄膜プロセスのみを用いて効果的に製造できるインク噴射記録ヘッドチップの製造方法およびこれを備えるインク噴射記録ヘッドの製造方法を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、上記第１の目的を達成するインク噴射記録ヘッドを用いる記録装置およびヘッドクリーニングの削除または大巾な削減が可能な記録装置を提供することにある。
上記第１の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、Ｓｉ基板と、このＳｉ基板上に設けられた隔壁と、この隔壁上に設けられ、インク滴を吐出する複数個の吐出口が形成された耐熱性樹脂プレートと、この複数個の吐出口のそれぞれに対応して前記Ｓｉ基板上に設けられ、前記Ｓｉ基板上に設けられた前記隔壁によって仕切られた複数個の個別インク通路とを備えるインク噴射記録ヘッドチップを製造する方法であって、前記耐熱性樹脂プレートに前記複数の吐出口を穿孔する工程を含み、この複数の吐出口を穿孔する工程は、前記耐熱性樹脂プレートの表面に金属薄膜を形成する工程と、前記金属薄膜の前記複数の吐出口相当部分をフォトエッチングして穿孔する工程と、前記耐熱性樹脂プレートの前記金属薄膜の穿孔相当部分をドライエッチングして穿孔する工程とを有することを特徴とするインク噴射記録ヘッドチップの製造方法を提供するものである。
ここで、上記第１の態様のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法であって、さらに、前記Ｓｉ基板上に、前記複数個の個別インク通路を形成するための、前記隔壁を設けた後に、この隔壁の上に、前記複数個の吐出口を形成すべき前記耐熱性樹脂プレートを接着する工程を含み、前記複数の吐出口を穿孔する工程は、この接着された前記耐熱性樹脂プレートに前記複数の吐出口を穿孔する工程であるのが好ましい。
また、前記隔壁は、樹脂製であり、前記耐熱性樹脂プレートを接着する工程は、前記Ｓｉ基板上に前記隔壁を設けた後に、この隔壁の上に前記耐熱性樹脂プレートを貼付する工程であり、前記金属薄膜の前記複数の吐出口相当部分を穿孔する工程および前記耐熱性樹脂プレートの前記金属薄膜の前記穿孔相当部分を穿孔する工程は、反応性ドライエッチング法によって行われるのが好ましい。
また、前記隔壁は、樹脂製であり、前記耐熱性樹脂プレートを接着する工程は、前記Ｓｉ基板上に前記隔壁を設けた後に、この隔壁の上に前記耐熱性樹脂プレートを貼付する工程であり、前記金属薄膜の前記複数の吐出口相当部分を穿孔する工程および前記耐熱性樹脂プレートの前記金属薄膜の前記穿孔相当部分を穿孔する工程は、反応性ドライエッチング法によって行われるのが好ましい。
また、上記第１の態様のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法であって、前記Ｓｉ基板の表側面に前記複数個の個別インク通路を連通するインク溝を形成するとともに、このインク溝と前記Ｓｉ基板の裏側面とを連通する少なくとも１個の連結穴を形成する工程を含むのが好ましい。
また、前記インク溝の幅を１００〜２００μｍの範囲とし、前記連結穴のサイズを３００〜６００μｍ×６００〜１０００μｍの範囲とし、この連結穴が１００〜３００個の吐出口に対して１個の割合で穿たれるのが好ましい。
また、前記Ｓｉ基板に前記インク溝および前記少なくとも１個の連結穴を形成する工程は、前記Ｓｉ基板上に前記隔壁を設けた後、この隔壁の上に前記耐熱性樹脂プレートを接着する工程および／または前記耐熱性樹脂プレートに前記複数の吐出口を穿孔する工程に先立って行われるのが好ましい。
また、前記インク溝の幅を１００〜２００μｍの範囲とし、前記連結穴のサイズを３００〜６００μｍ×６００〜１０００μｍの範囲とし、この連結穴が１００〜３００個の吐出口に対して１個の割合で穿たれるのが好ましい。
また、前記Ｓｉ基板に前記インク溝および前記少なくとも１個の連結穴を形成する工程は、前記Ｓｉ基板上に前記隔壁を設けた後、この隔壁の上に前記耐熱性樹脂プレートを接着する工程および／または前記耐熱性樹脂プレートに前記複数の吐出口を穿孔する工程に先立って行われるのが好ましい。
また、上記第１の態様のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法であって、前記Ｓｉ基板上に、前記複数個の吐出口にそれぞれ対応して複数個の発熱抵抗体を形成する工程を含み、この複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電されることにより、対応する前記複数個の吐出口から前記インク滴は吐出されるものであり、前記発熱抵抗体は、前記Ｓｉ基板上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体とからなるのが好ましい。
また、前記複数個の吐出口は、前記複数個の発熱抵抗体のそれぞれに対応して、前記Ｓｉ基板上に形成された前記薄膜抵抗体の略垂直上方に設けられ、前記複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電することによって、前記吐出口から前記発熱抵抗体と垂直または略垂直方向にインク滴を吐出するものであるのが好ましい。
また、上記第１の目的を達成するために、本発明の第２の態様は、上記第１の態様のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法によって得られるインク噴射記録ヘッドチップを、前記複数個の個別インク通路を連通させるよう前記Ｓｉ基板の表側面に設けられたインク溝と前記Ｓｉ基板の裏側面とを連通する、前記Ｓｉ基板に形成された連結穴の数と同数あるいはそれ以下のインク供給路を備えたフレームに固定し、配線実装して組み立てられることを特徴とするインク噴射記録ヘッドの製造方法を提供するものである。
また、上記第２の目的を達成するために、本発明の第３の態様は、上記第１の態様のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法を用いて得られるインク噴射記録ヘッドチップを備えたインク噴射記録ヘッド、あるいは、上記第２の態様のインク噴射記録ヘッドの製造方法を用いて得られるインク噴射記録ヘッドを搭載することを特徴とする記録装置を提供するものである。
本発明の第１および第２の態様によれば、ノズル配列密度を従来技術の３倍以上として、数千ノズル以上／ヘッドという大規模な高集積ヘッド、例えば、１６００ｄｐｉのヘッドを実現するとともに、その製造と組み立て実装方法についても容易に量産化できるインク噴射記録ヘッドを実現して、しかも、このノズル列を高密度に２次元的に配列したヘッド基板を薄膜プロセスのみを用いて効果的に製造できるインク噴射記録ヘッドチップの製造方法およびこれを備えるインク噴射記録ヘッドの製造方法を提供することができる。
また、本発明の第３の態様によれば、上記第１の態様の製造方法によって製造されたインク噴射記録ヘッドチップを用いて得られた、または上記第２の態様の製造方法によって製造されたインク噴射記録ヘッドを用いる記録装置およびヘッドクリーニングの削除または大巾な削減が可能な記録装置を提供することができる。
また、本発明によれば、以下に示す多くの効果を得ることができる。
（１）駆動用ＬＳＩの製造中に形成されるＳｉＯ2 層を発熱抵抗体の断熱層として利用できると共に、インク溝形成時におけるフォトマスクとしても利用でき、工程数を削除できる。
（２）インク溝と連結穴が同時に形成でき、工程数を削減できる。
（３）オリフィスプレートの吐出口を該プレート接着後のフォトエッチングによって形成することにより、発熱抵抗体と吐出口の位置合わせが容易となり、１６００ｄｐｉという従来技術の３倍以上の高集積密度のヘッドも製造可能となる。
（４）オリフィスプレートのフォトエッチングを反応性ドライエッチングとすることによって、円筒形状の吐出口とすることができ、温度によって印字濃度が変化せず、また、サテライトドロップも発生しないヘッドとすることができる（本発明者の出願に係る特願平０６−２１０６０号明細書（特開平７−２２７９６７号公報）、特願平０６−１５６９４９号明細書（特開平８−２０１１０号公報）参照）。
また、３〜１０°傾斜させた円筒形状の吐出口とすることも可能で、これはラインヘッドのような長尺ヘッドを製造する上で不可欠な方法を提供できる（本発明者の出願に係る特願平０５−３１８２７２号明細書（特開平７−１７１９５６号公報）参照）。
また、３〜１０°傾斜させた円筒形状の吐出口とすることも可能で、これはラインヘッドのような長尺ヘッドを製造する上で不可欠な方法を提供できる（本発明者の出願に係る特願平０５−３１８２７２号明細書（特開平７−１７１９５６号公報）参照）。
（５）狭いインク溝とこれに沿って設けられる比較的少ない連結穴は、ヘッド製造時におけるＳｉウエハの割れによる歩留低下を防ぐ。
（６）オリフィスプレートの表面層のみに撥水処理ができるので、ヘッドクリーニングの削除または大巾な削減が可能となる。
（６）オリフィスプレートの表面層のみに撥水処理ができるので、ヘッドクリーニングの削除または大巾な削減が可能となる。
（７）Ｓｉウエハ上に薄膜プロセスのみを用いて数万〜数１０万ノズルを一括して製造することができるので、大規模高集積密度のヘッドを安価に提供できる。
（８）従来技術のプリンタに不可欠であった種々の制御機構等（ヘッド温度の制御、駆動パルス巾制御、カラーバランス制御、等々）を削除できるプリンタを実現できる。
本発明の第１の態様の製造方法によって製造されたインク噴射記録ヘッドチップを用いて得られた、または上記第２の態様の製造方法によって製造されたインク噴射記録ヘッドの一好適実施形態は、Ｓｉ基板の第１面上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体からなる複数個の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体を駆動するべく同一Ｓｉ基板上に形成され、前記発熱抵抗体に接続された駆動用ＬＳＩと、前記複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電することによって該発熱抵抗体と垂直またはほぼ垂直方向にインク滴を吐出する複数個の吐出口と、該複数個の吐出口のそれぞれに対応して該Ｓｉ基板上に設けられた複数個の個別インク通路と、該個別インク通路の全てが連通するべく前記Ｓｉ基板上に設けられた共通インク通路と、該共通インク通路の全長にわたって導通されるよう前記Ｓｉ基板に設けられた１本のインク溝と、該インク溝が前記Ｓｉ基板の第１面の裏面である第２面と連通するべく該Ｓｉ基板の第２面に穿たれた少なくとも１個の連結穴とからなるＳｉ基板のヘッドチップと、所定のインク供給路を有し、前記ヘッドチップを搭載する実装フレームとで構成される。
また、本発明の第１の態様のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法の一好適実施形態は、上記のインク噴射記録ヘッドを製造するに際し、
（１）Ｓｉウエハの第１面に駆動用ＬＳＩを形成する工程と、
（２）該Ｓｉウエハの第１面に薄膜抵抗体および薄膜導体を形成する工程と、
（３）該Ｓｉウエハの第１面に前記インク通路を構成する隔壁層を形成する工程と、
（４）該Ｓｉウエハの両面からＳｉ異方性エッチングによって前記インク溝および連結穴を形成する工程と、
（５）該Ｓｉウエハの第１面にオリフィスプレートを接着する工程と、
（６）該オリフィスプレートにフォトエッチングによって前記吐出口を形成する工程と、（７）該Ｓｉウエハを切断してヘッドチップに分割する工程とによって達成され、
また、本発明の第２の態様のインク噴射記録ヘッドの製造方法は、さらに、
（８）こうして製造されたインク噴射記録ヘッドチップを前記実装フレームにダイボンディングし、配線実装して組み立てる工程によって達成される。
（１）Ｓｉウエハの第１面に駆動用ＬＳＩを形成する工程と、
（２）該Ｓｉウエハの第１面に薄膜抵抗体および薄膜導体を形成する工程と、
（３）該Ｓｉウエハの第１面に前記インク通路を構成する隔壁層を形成する工程と、
（４）該Ｓｉウエハの両面からＳｉ異方性エッチングによって前記インク溝および連結穴を形成する工程と、
（５）該Ｓｉウエハの第１面にオリフィスプレートを接着する工程と、
（６）該オリフィスプレートにフォトエッチングによって前記吐出口を形成する工程と、（７）該Ｓｉウエハを切断してヘッドチップに分割する工程とによって達成され、
また、本発明の第２の態様のインク噴射記録ヘッドの製造方法は、さらに、
（８）こうして製造されたインク噴射記録ヘッドチップを前記実装フレームにダイボンディングし、配線実装して組み立てる工程によって達成される。
また、上記本発明は、前記Ｓｉウエハの結晶方位が（１００）または（１１０）である単結晶Ｓｉウエハであることにより達成される。
また、前記薄膜抵抗体が反応性スパッタ法によって形成されるＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯまたはＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体であり、前記薄膜導体が高速スパッタ法によって形成されるＮｉ薄膜導体であること、或いは前記Ｎｉ薄膜導体は高速スパッタ法および電気めっき法によって形成されることによって効果的に達成される。
また、前記ヘッドチップの複数個分が同一Ｓｉ基板上に並列に形成されたヘッドチップを同数のインク供給路を有するフレームにダイボンディングし、配線実装して組み立てることにより達成される。
また、前記薄膜抵抗体が反応性スパッタ法によって形成されるＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯまたはＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体であり、前記薄膜導体が高速スパッタ法によって形成されるＮｉ薄膜導体であること、或いは前記Ｎｉ薄膜導体は高速スパッタ法および電気めっき法によって形成されることによって効果的に達成される。
また、前記ヘッドチップの複数個分が同一Ｓｉ基板上に並列に形成されたヘッドチップを同数のインク供給路を有するフレームにダイボンディングし、配線実装して組み立てることにより達成される。
また、前記隔壁層を耐熱性樹脂とし、その熱分解開始温度を４００℃以上とすることにより達成される。
また、前記オリフィスプレートを耐熱性樹脂とし、フォトエッチングによる前記吐出口の形成を反応性ドライエッチング法とすること、或いは前記オリフィスプレートは、
（１）前記耐熱性樹脂プレートを前記Ｓｉウエハに貼付する工程と、
（２）前記耐熱性樹脂プレートの表面に金属薄膜を形成する工程と、
（３）前記金属薄膜のオリフィス相当部分をフォトエッチングする工程と、
（４）前記耐熱性樹脂プレートの前記金属薄膜エッチング部分を反応性ドライエッチングする工程と、
（５）前記金属薄膜の表面に、該金属薄膜を電極として撥水性被膜を形成する工程
を経て形成されることにより達成される。
また、前記オリフィスプレートを耐熱性樹脂とし、フォトエッチングによる前記吐出口の形成を反応性ドライエッチング法とすること、或いは前記オリフィスプレートは、
（１）前記耐熱性樹脂プレートを前記Ｓｉウエハに貼付する工程と、
（２）前記耐熱性樹脂プレートの表面に金属薄膜を形成する工程と、
（３）前記金属薄膜のオリフィス相当部分をフォトエッチングする工程と、
（４）前記耐熱性樹脂プレートの前記金属薄膜エッチング部分を反応性ドライエッチングする工程と、
（５）前記金属薄膜の表面に、該金属薄膜を電極として撥水性被膜を形成する工程
を経て形成されることにより達成される。
また、前記インク溝の幅を１００〜２００μｍの範囲、前記連結穴の穴径を３００〜６００μｍ×６００〜１０００μｍの範囲とし、該連結穴が１００〜３００個の吐出口に対して１個の割合で穿たれていることにより達成される。
前記フレームを、該ヘッドチップの第２面に並ぶ複数の連結穴または連結穴列のそれぞれをカバーする如く設けられた複数個のフレーム側インク穴またはインク溝と、該フレーム側インク穴またはインク溝のそれぞれと連通する複数個のインク供給口とを有するものとすること、前記ヘッドチップの複数個分が同一フレーム上に実装されることによって達成される。
前記フレームを、該ヘッドチップの第２面に並ぶ複数の連結穴または連結穴列のそれぞれをカバーする如く設けられた複数個のフレーム側インク穴またはインク溝と、該フレーム側インク穴またはインク溝のそれぞれと連通する複数個のインク供給口とを有するものとすること、前記ヘッドチップの複数個分が同一フレーム上に実装されることによって達成される。
上記のような第１および第２の態様のプロセスで、上記のインク噴射ヘッドを製造することによって、以下に示すような作用を得ることができる。
（１）駆動用ＬＳＩの製造中に形成されるＳｉＯ2 層を発熱抵抗体の断熱層として利用できると共に、インク溝形成時におけるフォトマスクとしても利用でき、工程数を削除できる。
（２）インク溝と連結穴が同時に形成でき、工程数を削減できる。
（３）オリフィスプレートの吐出口を該プレート接着後のフォトエッチングによって形成することにより、発熱抵抗体と吐出口の位置合わせが容易となり、１６００ｄｐｉという従来技術の３倍以上の高集積密度のヘッドも製造可能となる。
（２）インク溝と連結穴が同時に形成でき、工程数を削減できる。
（３）オリフィスプレートの吐出口を該プレート接着後のフォトエッチングによって形成することにより、発熱抵抗体と吐出口の位置合わせが容易となり、１６００ｄｐｉという従来技術の３倍以上の高集積密度のヘッドも製造可能となる。
（４）オリフィスプレートのフォトエッチングを反応性ドライエッチングとすることによって、円筒形状の吐出口とすることができ、温度によって印字濃度が変化せず、また、サテライトドロップも発生しないヘッドとすることができる（本発明者の出願に係る特願平０６−２１０６０号明細書（特開平７−２２７９６７号公報）、特願平０６−１５６９４９号明細書（特開平８−２０１１０号公報）参照）。
また、３〜１０°傾斜させた円筒形状の吐出口とすることも可能で、これはラインヘッドのような長尺ヘッドを製造する上で不可欠な方法を提供できる（本発明者の出願に係る特願平０５−３１８２７２号明細書（特開平７−１７１９５６号公報）参照）。
また、３〜１０°傾斜させた円筒形状の吐出口とすることも可能で、これはラインヘッドのような長尺ヘッドを製造する上で不可欠な方法を提供できる（本発明者の出願に係る特願平０５−３１８２７２号明細書（特開平７−１７１９５６号公報）参照）。
（５）狭いインク溝とこれに沿って設けられる比較的少ない連結穴は、ヘッド製造時におけるＳｉウエハの割れによる歩留低下を防ぐ。
（６）オリフィスプレートの表面層のみに撥水処理ができるので、ヘッドクリーニングの削除または大巾な削減が可能となる。
（６）オリフィスプレートの表面層のみに撥水処理ができるので、ヘッドクリーニングの削除または大巾な削減が可能となる。
（７）Ｓｉウエハ上に薄膜プロセスのみを用いて数万〜数１０万ノズルを一括して製造することができるので、大規模高集積密度のヘッドを安価に提供できる。
（８）従来技術のプリンタに不可欠であった種々の制御機構等（ヘッド温度の制御、駆動パルス巾制御、カラーバランス制御、等々）を削除できるプリンタを実現できる。
（８）従来技術のプリンタに不可欠であった種々の制御機構等（ヘッド温度の制御、駆動パルス巾制御、カラーバランス制御、等々）を削除できるプリンタを実現できる。
以下、図面を用いて実施例１を説明する。
図１は、本発明になるインク噴射記録ヘッドの１ノズル列分の断面図であり、この断面図に示されているＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’断面図の各々を図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。インク吐出ノズル１２の配列密度が４００ｄｐｉ（ドット／インチ）のヘッドを例に、その製造方法を以下に示す。
（１）の工程
Ｓｉウエハ１の第１面に駆動用ＬＳＩデバイス２を形成する。これには、（１１０）Ｓｉウエハ用に若干の変更が加えられた標準的なバイポーラＬＳＩ製造プロセスが適用される。なお、ここに言う標準的なバイポーラＬＳＩ製造プロセスとは、（１００）Ｓｉウエハまたは（１００）から約４度傾いたＳｉウエハ（４°ＯＦＦ Ｓｉウエハ）に対して確立されているバイポーラＬＳＩ製造プロセスのことである。そして、インク溝１４が配置される部分のＳｉＯ2 膜をフォトエッチングによって除去しておく。これは、Ｓｉ異方性エッチングの時のフォトレジストとして用いるための準備である。
Ｓｉウエハ１の第１面に駆動用ＬＳＩデバイス２を形成する。これには、（１１０）Ｓｉウエハ用に若干の変更が加えられた標準的なバイポーラＬＳＩ製造プロセスが適用される。なお、ここに言う標準的なバイポーラＬＳＩ製造プロセスとは、（１００）Ｓｉウエハまたは（１００）から約４度傾いたＳｉウエハ（４°ＯＦＦ Ｓｉウエハ）に対して確立されているバイポーラＬＳＩ製造プロセスのことである。そして、インク溝１４が配置される部分のＳｉＯ2 膜をフォトエッチングによって除去しておく。これは、Ｓｉ異方性エッチングの時のフォトレジストとして用いるための準備である。
なお、このＳｉＯ2 膜は、ＬＳＩ製造工程中に形成されているもので、熱酸化ＳｉＯ2 膜、ＳＯＧ膜（スピンオングラスＳｉＯ2 膜）、ＰＳＧ膜（リン入りＳｉＯ2 膜）並びにＡｌ多層配線用層間ＳｉＯ2 膜等の積層膜からなっており、合計膜厚約２μｍである。また、ここでは駆動用ＬＳＩデバイス２をバイポーラとする例を示したが、ＢｉＣＭＯＳ，ＰｏｗｅｒＭＯＳとすることも可能であり、どれを選択するかは、ウエハの製造コストとチップサイズ、並びに製造歩留まり等を総合して決定される。
図１、図２に示される駆動用配線導体７は、次の（２）工程で形成される薄膜発熱抵抗体３を駆動するための配線であり、電源、グランドの他、データ、クロック、ラッチなどの駆動信号を伝えるための配線である。外部からはこの基板の片側に配線されている接続端子から各配線導体に信号などが入力されるようになっている。なお、スルーホール接続部６は、駆動用ＬＳＩデバイス２と各薄膜発熱抵抗体３とを個別配線導体４で接続するための接続点である。
（２）の工程
Ｓｉウエハ１に、スパッタ法でＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯまたはＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮｉ金属薄膜とをスパッタ法で形成し、フォトエッチングで薄膜発熱抵抗体３、個別薄膜導体４、共通薄膜導体５を形成する。これらの形成方法については、本発明者の出願に係る特開平０６−７１８８８号公報、特願平０５−９０１２３号明細書（特開平６−２９７７１４号公報参照）、特願平０５−２７２４５２号明細書（特開平７−１２５２１２号公報参照）等に詳しく記載したので省略するが、合金薄膜抵抗体は、酸素を含むアルゴン雰囲気中での反応性スパッタ法で、Ｎｉ金属薄膜は、高磁場中での高速スパッタ法で形成する。尚、これらのヒータとＳｉウエハの間には、上に述べたＬＳＩの製造中に形成されている約２μｍ厚さのＳｉＯ2 層があり、これをヒータの断熱層として利用する。また、合金薄膜抵抗体の膜厚は、約０．１μｍ、Ｎｉ薄膜は約１μｍ、このヒータの抵抗値は、約３００Ωである。
Ｓｉウエハ１に、スパッタ法でＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯまたはＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮｉ金属薄膜とをスパッタ法で形成し、フォトエッチングで薄膜発熱抵抗体３、個別薄膜導体４、共通薄膜導体５を形成する。これらの形成方法については、本発明者の出願に係る特開平０６−７１８８８号公報、特願平０５−９０１２３号明細書（特開平６−２９７７１４号公報参照）、特願平０５−２７２４５２号明細書（特開平７−１２５２１２号公報参照）等に詳しく記載したので省略するが、合金薄膜抵抗体は、酸素を含むアルゴン雰囲気中での反応性スパッタ法で、Ｎｉ金属薄膜は、高磁場中での高速スパッタ法で形成する。尚、これらのヒータとＳｉウエハの間には、上に述べたＬＳＩの製造中に形成されている約２μｍ厚さのＳｉＯ2 層があり、これをヒータの断熱層として利用する。また、合金薄膜抵抗体の膜厚は、約０．１μｍ、Ｎｉ薄膜は約１μｍ、このヒータの抵抗値は、約３００Ωである。
（３）の工程
前記Ｓｉウエハ１の第１面に２０μｍ厚さのポリイミドを積層させ、有機ケイ素系レジストを用いたフォトドライエッチングによって隔壁８を形成する。この場合のエッチングは、ドライエッチング、特に、反応性ドライエッチング法の採用が微細化の点で優れている。この反応性ドライエッチングは、電子サイクロトロン共鳴によって励起させた酸素プラズマによって行ったが、垂直にきれいな形状で隔壁を形成することができ、個別インク通路９と共通インク通路１０とが形成される。
前記Ｓｉウエハ１の第１面に２０μｍ厚さのポリイミドを積層させ、有機ケイ素系レジストを用いたフォトドライエッチングによって隔壁８を形成する。この場合のエッチングは、ドライエッチング、特に、反応性ドライエッチング法の採用が微細化の点で優れている。この反応性ドライエッチングは、電子サイクロトロン共鳴によって励起させた酸素プラズマによって行ったが、垂直にきれいな形状で隔壁を形成することができ、個別インク通路９と共通インク通路１０とが形成される。
ポリイミド材料による隔壁８の形成方法としては、感光性ポリイミドの塗布、露光、現像、硬化という方法を用いる方が簡単であるが、現時点では、その膜厚は１０μｍ程度が限界であり、その厚膜化が待たれている。しかし、インク吐出ノズル１２の配列密度が８００ｄｐｉと超高密度の場合は隔壁８の厚さは１０μｍ程度でも良く、現時点でも利用可能である。このように隔壁８の構成材料に耐熱性樹脂を用いる例は今まで例がない。
従来は、耐熱性の低い感光性レジスト材料を用いるのが通例であったため、発熱抵抗体の表面温度のパルス発熱（３００℃以上）に耐え得るように、これから充分に離れた位置（約１０μｍ）に隔壁を形成しなければならず、ノズルの配列密度は４００ｄｐｉが従来技術の最大値となっていた。
これに対して、本願発明では、図４に例示するように、発熱抵抗体３の温度が３００℃以上に上昇しても、隔壁材料として熱分解開始温度が４００℃を超えるポリイミドのような耐熱性樹脂を用いる限り、信頼性の高い隔壁として使用できるのである。すなわち、８００ｄｐｉ（Ｗ＝２２μｍ、Ｔ＝９μｍ、Ｈ＝１７μｍ）のヘッドに対し、フォトエッチングによる製造誤差を考えても充分に信頼性の高い隔壁が形成できるのである。そして、図５に示すように、一本のインク溝の両側に８００ｄｐｉのノズル列を形成することによって、１６００ｄｐｉの配列密度を持つフルカラー用ラインヘッドも製作可能となるのである。このためには、次に述べる（５）と（６）の工程のノズル形成プロセスが必須となることは言うまでもない。
（４）の工程
Ｓｉウエハ１の裏面に連結穴１５のためのフォトレジストを形成し、ウエハの両面からＳｉ異方性エッチングによってインク溝１４と連結穴１５とを同時に形成する。異方性エッチング液としては、ヒドラジン水溶液、ＫＯＨ水溶液、エチレンジアミン水溶液等が利用でき、（１１０）Ｓｉウエハの場合は、図１に示すように、垂直にエッチングされるのが特徴である。一方、（１００）または４°ＯＦＦ Ｓｉウエハを利用する場合は、図６に示すように約５５°の傾斜を持ってエッチングされるので、Ｓｉ基板の開口面は、若干広くしておく必要がある。異方性エッチングは、このようにＳｉ単結晶の（１１０）または（１００）面と（１１１）面とのエッチング速さが極端に違う性質を利用したもので、通常の等方性エッチングでは、不可能な加工も出来るという特徴を持っている。本願発明は、発熱抵抗体３とＳｉ基板１の間に設けなければならない断熱層として駆動用ＬＳＩ製造工程中に形成されるＳｉＯ2 膜を利用し、しかも、それをそのまま異方性エッチング用レジストとしても用い、しかも、インク溝と連結穴とを一回のエッチングで同時に形成するところに大きな特徴がある。
Ｓｉウエハ１の裏面に連結穴１５のためのフォトレジストを形成し、ウエハの両面からＳｉ異方性エッチングによってインク溝１４と連結穴１５とを同時に形成する。異方性エッチング液としては、ヒドラジン水溶液、ＫＯＨ水溶液、エチレンジアミン水溶液等が利用でき、（１１０）Ｓｉウエハの場合は、図１に示すように、垂直にエッチングされるのが特徴である。一方、（１００）または４°ＯＦＦ Ｓｉウエハを利用する場合は、図６に示すように約５５°の傾斜を持ってエッチングされるので、Ｓｉ基板の開口面は、若干広くしておく必要がある。異方性エッチングは、このようにＳｉ単結晶の（１１０）または（１００）面と（１１１）面とのエッチング速さが極端に違う性質を利用したもので、通常の等方性エッチングでは、不可能な加工も出来るという特徴を持っている。本願発明は、発熱抵抗体３とＳｉ基板１の間に設けなければならない断熱層として駆動用ＬＳＩ製造工程中に形成されるＳｉＯ2 膜を利用し、しかも、それをそのまま異方性エッチング用レジストとしても用い、しかも、インク溝と連結穴とを一回のエッチングで同時に形成するところに大きな特徴がある。
なお、上記した異方性エッチング液は、Ｎｉ薄膜やポリイミド隔壁を若干エッチングする場合もあり、このためエッチング時間を極力短くしなければならないケースもある。この場合には、上記（１）または（２）の工程後、Ｓｉウエハの第１面を保護した状態で第２面にフォト異方性エッチングで深い連結穴１５を形成しておく方法が有効となる。このようなウエハを（４）工程で両面から異方性エッチングを行うと、インク溝１４の形成を連結穴１５の追加エッチングの時間は、１/ ５〜１/ １０に短縮でき、実害のない加工ができる。
さて、インク溝１４の幅は、Ｓｉ基板１の強度低下、オリフィスプレート１１のたわみおよびチップサイズなどの観点から狭い方がよいが、連結穴１５の個数を少なくし、しかも、インク溝１４との組合せによるインクの流路抵抗を大きくしないためには、広い方がよい。そして、共通インク通路１０の流路抵抗よりは十分小さくすることも考慮すると、インク溝１４の幅は、１００〜２００μｍが適当である。そして、このインク溝１４の断面積と同等の断面積を連結穴１５の最小断面積とすると、連結穴１５の基板面での穴径は（３００〜６００）μｍ×（６００〜１０００）μｍの範囲とするのが適当である。これらに対する実際のインク吐出のデータについては後に述べる。
（５）の工程
オリフィスプレート１１として、Ｓｉウエハ１の第１面に厚さ約６０μｍのポリイミドフィルム（厚さ約１０μｍのエポキシ接着層を含む）を接着硬化させる。このフィルムの厚さは、吐出インク量と密接に関係しており、ノズルの配列密度が３００〜８００ｄｐｉの範囲では、２０〜８０μｍの範囲から選択するのが良い。
オリフィスプレート１１として、Ｓｉウエハ１の第１面に厚さ約６０μｍのポリイミドフィルム（厚さ約１０μｍのエポキシ接着層を含む）を接着硬化させる。このフィルムの厚さは、吐出インク量と密接に関係しており、ノズルの配列密度が３００〜８００ｄｐｉの範囲では、２０〜８０μｍの範囲から選択するのが良い。
（６）の工程
このポリイミドフィルムに前記（３）の工程で説明したのと同じフォトドライエッチングで４０μｍφのインク吐出口１２を４００ｄｐｉの配列密度で発熱抵抗体３の真上に形成する。この反応性ドライエッチングは、２０μｍφのインク吐出口を８００ｄｐｉの密度できれいな形状であけることができることを確認している。
このポリイミドフィルムに前記（３）の工程で説明したのと同じフォトドライエッチングで４０μｍφのインク吐出口１２を４００ｄｐｉの配列密度で発熱抵抗体３の真上に形成する。この反応性ドライエッチングは、２０μｍφのインク吐出口を８００ｄｐｉの密度できれいな形状であけることができることを確認している。
なお、前記（５）と（６）の工程は、多くのノズル列を形成した薄いオリフィスプレートをインク通路の形成されている基板に位置合わせしながら接着する従来方法に比較し、格段の位置合わせ精度と製造歩留まりの向上が達成できることは改めて説明するまでもないことであろう。そして、８００ｄｐｉあるいは１６００ｄｐｉという大規模高集積密度のヘッド（図５参照）においては、この方法以外で製造することは不可能である。また、長尺のラインヘッドを製造する場合、本発明者の出願に係る特願平５−３１８２７２号明細書（特開平７−１７１９５６号公報参照）に記載の傾斜ノズル技術を利用すると容易に製造することが可能となる。すなわち、ドライエッチング装置内に設置する基板の傾きを３〜１０゜傾斜させることで、インク吐出口を垂直方向から３〜１０゜傾けてきれいに形成できる方法があり、これが利用できる。
（７）の工程
Ｓｉウエハ１を規定の寸法に切断してヘッドチップに分割する。
（８）の工程
前記ヘッドチップを所定のインク供給路を有するフレーム１７にダイボンディングし、配線実装することによってプリントヘッドとして完成する。
Ｓｉウエハ１を規定の寸法に切断してヘッドチップに分割する。
（８）の工程
前記ヘッドチップを所定のインク供給路を有するフレーム１７にダイボンディングし、配線実装することによってプリントヘッドとして完成する。
このヘッドがＡ４フルカラー用ラインヘッドである場合の実装例を図３、図７、図８、図９に示す。なお、図３は、図７に示すＤ−Ｄ’断面図であり、図１に示すモノクロ用のヘッド基板（１、８、１１）が、４色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）一体のヘッドチップ（１、８、１１）としてフレーム１７上にダイボンディングされている。
図３におけるヘッドチップ（１、８、１１）の幅は約６．８ｍｍであり、この中に約１．６ｍｍ間隔で４色のノズル列（図７参照）が配置されている。各色のインクは、フレーム１７に設けられたインク供給パイプ１９のインク供給穴１８を通してフレーム１７側のインク溝１６に供給され、このインク溝１６と平行して形成されているＳｉ基板１内のインク溝１４へは、これらと平行して間歇的にあけられているＳｉ基板内の連結穴１５を通して供給される。この連結穴１５は１００〜３００個のインク吐出ノズルに対して１個の割合で形成されているが、そのサイズ等、詳細は後で説明する。
本実施例では４００ｄｐｉの４色フルカラ−用ラインヘッドの例を示すが、単色または２〜３色のマルチカラ−用とか、ノズル数を少なくした走査型ヘッドを作れることは説明するまでもないであろう。
図３に示すＡ４フルカラーラインヘッドをオリフィスプレート１１側から見た外観図を図７に、この側面図を図８に、図７のＥ−Ｅ’断面の拡大図を図９に示す。図７に示すように、Ａ４フルカラーラインヘッドの４列に並ぶインク吐出ノズル列１２が４００ｄｐｉの密度で約２１０mmの長さで配置されている。これを半導体分野で現在実用されている５インチまたは６インチＳｉ基板から製造するため、１／２サイズのラインヘッドチップ（１、８、１１）を作り、対称に作られた２チップを中央部で突き合わせて１個のフレーム１７上にダイボンディングして組み立てる。右側のヘッドを駆動する電源と信号線は、Ｓｉ基板１の右端部からテープキャリア２０によってフレーム１７の裏側に固定されているコネクタ２１に接続される。押え金具２２はテープキャリア２０の固定に利用される。Ｓｉ基板１の右端部で配線とテープキャリア２０とが一括ボンディングされている部分は樹脂モールドによって保護されているが、詳細な構造は省略した。また、コネクタ２１の内部構造についても省略した。なお、左側のヘッドについては左端部で上記と同一の接続実装が行われていることは説明するまでもないことである。
この右半分と左半分のヘッドは、お互いにインクの供給と駆動を完全に独立して行うことも可能となっている。そして、中央部での突合せ位置における印字ドット位置の配列を乱すことなく、２個のヘッドチップを容易に加工、組み立てる方法として、前にも述べた本発明者の出願に係る特願平０５−３１８２７２号明細書（特開平７−１７１９５６号公報参照）になる技術を適用することは言うまでもない。なお、テープキャリア２０によって接続しなければならない電源、信号線の本数は５〜６本／各色なので、ヘッドチップ端面でギャングボンディングしなければならない端子密度は約４本／mmであり、接続実装技術としては容易なレベルである。
このようにして製作したラインヘッド３１を用いたＡ４フルカラープリンタの一実施例の断面図を図１０に示す。図１０の詳細については、本発明者の出願に係る特願平０６−９０１２３号明細書（特開平６−２９７７１４号公報参照）、特願平０６−６５００５号明細書（特開平７−２６６５７０号公報参照）、特願平０６−１００１４３号明細書（特開平７−３０４１６７号公報参照）、特願平０６−１３７１９８号明細書（特開平８−１９２４号公報参照）に記載したので省略するが、プリヒーティングと真空吸着搬送によって、普通紙、再生紙に対しても滲みのない高品質のフルカラー印刷が２０〜３０ｐｐｍという超高速（従来技術の約１００倍）で印刷乾燥することが可能となったのである。
以下、図１０に示す構成のプリンタに種々の条件で製作したラインヘッドを実装し、印字評価した結果について説明する。なお、ヘッドの駆動条件は、ヒータへの投入エネルギ密度が２．５Ｗ／５０μｍ□×１μＳであり、本発明者の出願に係る特願平０５−２７２４５１号明細書（特開平７−１２５２１２号公報参照）に記載のゆらぎ核沸騰を利用している。また、奇数列のノズルを０．２μＳの時間差で順次駆動させ、その後で偶数列のノズルを同じく０．２μＳの時間差で順次駆動、左半分と右半分のヘッドは同時に駆動させる方法を採用しており、約０．３４ｍｓで１ライン分（３３４０ドット×４色）の印字が完了する。この駆動方法も、本発明者の出願に係る特願平０５−２３１９１３号明細書（特開平７−８１０６１号公報参照）に記載の吐出インク液滴が飛翔中に合体して印字品質を低下させることのないヘッド駆動方法、並びに特願平０６−４９２０２号（特開平７−３０４１７４号公報参照）に記載のクロストークのないヘッド駆動方法であり、高品質印字の可能な方法である。なお、記録紙の搬送速度は１ライン／０．７ｍｓ（インク吐出繰り返し周波数≒１．５ＫＨｚ）としており、Ａ４用紙で約１５ｐｐｍの印刷速度に相当している。
試作評価した４００ｄｐｉのＡ４フルカラーラインヘッドは、Ｓｉ基板の厚さを４００μｍ、（１１０）Ｓｉ基板の場合のインク溝１４の幅を１００μｍ、連結穴１５の幅を３００μｍ、長さを６００μｍとし、いずれも深さは２００μｍ強とした。（１００）または４°ＯＦＦ Ｓｉ基板の場合は、インク溝１４の開口幅を２００μｍ、連結穴の開口幅を６００μｍ、長さを１０００μｍとし、インク溝１４と連結穴１５の実質的な断面積を（１１０）Ｓｉ基板の場合とほぼ同等としてインク液路としての流路抵抗をそろえて評価した。また、フレーム側インク溝１６の幅は５００μｍ、深さは２０００μｍとし、インク供給穴１８は２５００μｍφとした。
この試作評価の主眼点は、本発明のヘッド構造でインクが円滑に供給できるかどうかを印字結果から評価することであり、特に、この実施例では、インク吐出繰り返し周波数が約１．５ＫＨｚと遅い場合の上記連結穴の最少値（１個の連結穴でカバーできる最大ノズル数）を明らかにするのが目的である。そこで、１個の連結穴でカバーできるノズル数を２００個、３００個、４００個、となるように連結穴を均等にあけ、印字デューティを２５％、５０％、１００％として印字させ、インク供給不良によってもたらされる印画濃度の低下を調べたところ表１に示す結果を得た。
この結果とほとんど同じ結果を（１００）Ｓｉ基板のヘッドの場合も得ている。すなわち、この程度の断面積を持つインク溝１４と連結穴１５においては、３００ノズルに対して１個の割合で連結穴を設ければ充分であること、この値は、インク吐出周波数を低くすれば余裕ができるが、高くすれば２００〜２５０ノズル／連結穴程度にする必要があることを示している。
一方、図５に示す１６００ｄｐｉのヘッドで上記と同じインク溝１４と連結穴１５とした場合、ノズル径を２０μｍφにして片側のノズル配列密度を８００ｄｐｉとして評価したところ、インク吐出周波数が同じ１．５ＫＨｚ（Ａ４用紙で約４ｐｐｍの印刷速度）ではその印字結果は表１と同じ結果となった。これは、ノズルから吐出する単位時間当たりのインク量が、上記の４００ｄｐｉヘッドと１６００ｄｐｉヘッドで同じなので、当然の結果とも言えよう。また、この１６００ｄｐｉヘッドを長期連続印字させた場合の印字品質を評価したところ、何らの品質劣化も認められなかった。このことは、隔壁材料にポリイミドという優れた耐熱性樹脂を用いたことと、保護層不要の発熱抵抗体を用いて隔壁を過加熱しないヘッドとしたこと、また、ヘッド温度の変化があっても印刷濃度が変化しないヘッドとなっていること、によることは明らかである。そして、このような１６００ｄｐｉという超高密度で高集積ノズルのヘッドの製造についても、フォトドライエッチングを含む本発明のヘッド製造方法によって初めて可能となったのである。
なお、このラインヘッドを１．５ＫＨｚで印字する時は問題がないが、例えば、５ＫＨｚで高速印字する時には、フレームへのインク供給口１８（１９）の数は２個程度、１０ＫＨｚでは３個程度に増やす方がインク供給が円滑となる。
次に、実施例２について説明する。
本発明のインク噴射記録ヘッドにおいては、インク吐出周波数が高くなると、１個の連結穴でカバーできるノズルの数が少なくなる。これを調べるために、前記実施例１と全く同一構造のヘッドであるが、ノズル数が５１２×４列のシリアルスキャンタイプのヘッドを作り、インク吐出周波数を１０ＫＨｚとして印字させた場合の印字品質を評価した。前記実施例１が、２個のヘッドチップを１個のフレーム上に実装したのに対し、この実施例のヘッドは、１個のヘッドチップを１個のフレーム上に実装してあり、奇数列のノズルからの吐出を０．２μＳおきに順次行い、引き続き偶数列のノズルからの吐出を０．２μＳおきに行って、１０２μＳで５１２ノズルの吐出が完了する。このヘッドについても、１個の連結穴１５でカバーできるノズル数を１００個、１５０個、２００個となるように連結穴をあけ、同じく印字デューティを２５％、５０％、１００％として評価した。その結果を表２に示すが、連結穴を１００ノズルに対し１個の割合で設ければ充分であることが分かる。
本発明のインク噴射記録ヘッドにおいては、インク吐出周波数が高くなると、１個の連結穴でカバーできるノズルの数が少なくなる。これを調べるために、前記実施例１と全く同一構造のヘッドであるが、ノズル数が５１２×４列のシリアルスキャンタイプのヘッドを作り、インク吐出周波数を１０ＫＨｚとして印字させた場合の印字品質を評価した。前記実施例１が、２個のヘッドチップを１個のフレーム上に実装したのに対し、この実施例のヘッドは、１個のヘッドチップを１個のフレーム上に実装してあり、奇数列のノズルからの吐出を０．２μＳおきに順次行い、引き続き偶数列のノズルからの吐出を０．２μＳおきに行って、１０２μＳで５１２ノズルの吐出が完了する。このヘッドについても、１個の連結穴１５でカバーできるノズル数を１００個、１５０個、２００個となるように連結穴をあけ、同じく印字デューティを２５％、５０％、１００％として評価した。その結果を表２に示すが、連結穴を１００ノズルに対し１個の割合で設ければ充分であることが分かる。
ヘッドチップの製造、並びに組み立て中における破損を防ぐためには、チップの折り曲げ強度を極力低下させてはならない。このためには、チップに設けるインク溝は、極力狭く、連結穴も小さくて少ないことが良いことは明らかである。上に述べた実施例は、いくつか行った試作の中で最もバランスのとれたインク溝と連結穴のサイズであり、これを基にして連結穴の配置数の最適化を行った結果を示している。したがって、インク溝と連結穴をこれより大きくすると連結穴の配置数は若干少なくはなる。しかし、Ｓｉ基板の強度低下などをもたらし、総合的には劣ることになる。
次に、実施例３について説明する。
Ｎｉ薄膜導体は、Ａｌ等の導体材料に比べ電気抵抗率が大きく、ラインヘッドのような規模の大きなヘッドを形成する場合、すなわち、共通薄膜導体の配線長が長くなる場合には、配線抵抗を大きくしないように、膜厚を増やさなければならない。
しかし、膜厚を増やす場合には、次のような問題が生ずる。
Ｎｉ薄膜導体は、Ａｌ等の導体材料に比べ電気抵抗率が大きく、ラインヘッドのような規模の大きなヘッドを形成する場合、すなわち、共通薄膜導体の配線長が長くなる場合には、配線抵抗を大きくしないように、膜厚を増やさなければならない。
しかし、膜厚を増やす場合には、次のような問題が生ずる。
１．スパッタ法によりＮｉ膜を形成する場合、成膜中の基板温度が高いこと、また、高速の原子やイオンが膜内に注入され体積膨張すること等により、形成されたＮｉ膜中に圧縮応力が残留してしまう。このため、膜厚を大きくするに従って膜の応力も増加し、基板からの膜の剥離や基板の変形、破損を引き起こし易くなる。
２．スパッタ法で厚い膜を形成するには長時間かかる為、エネルギー消費の増加と生産性の低下を引き起こす。
３．膜形成後の導体パターンを形成する工程でのエッチング時間も膜厚に比例して長くなり、サイドエッチ量の増加によるパターン解像度の低下とフォトレジストの剥離による不良率の増加を引き起こす。
３．膜形成後の導体パターンを形成する工程でのエッチング時間も膜厚に比例して長くなり、サイドエッチ量の増加によるパターン解像度の低下とフォトレジストの剥離による不良率の増加を引き起こす。
これらの問題点を解決するための具体的な実施例を以下に示す。なお、ここでは、Ｎｉ薄膜導体を厚くする工程のみを説明するが、その他は、実施例１と同じであるので省略する。
先ず、図１１の（ａ）工程で示す約１μｍ厚さのＳｉＯ2 が形成されているＳｉ基板１上に、（ｂ）工程でＣｒ- Ｓｉ- ＳｉＯ合金薄膜抵抗体３、Ｎｉ薄膜導体４ａ、５ａを連続スパッタ法で形成する。なお、これらの薄膜の厚さは、各々０. １μｍ、０. １μｍである。厚さ０. １μｍのＮｉ薄膜導体の圧縮応力も、実用的には無視できるほどに十分小さい。
先ず、図１１の（ａ）工程で示す約１μｍ厚さのＳｉＯ2 が形成されているＳｉ基板１上に、（ｂ）工程でＣｒ- Ｓｉ- ＳｉＯ合金薄膜抵抗体３、Ｎｉ薄膜導体４ａ、５ａを連続スパッタ法で形成する。なお、これらの薄膜の厚さは、各々０. １μｍ、０. １μｍである。厚さ０. １μｍのＮｉ薄膜導体の圧縮応力も、実用的には無視できるほどに十分小さい。
続いて、（ｃ）工程では、上記２層膜上にフォトレジスト３０を塗布し、露光現像後、形成されるべき導体以外の部分に硬化したフォトレジスト３０が残るようにする。この時のフォトレジスト３０の膜厚は、次工程で形成するＮｉメッキ薄膜導体４ｂ、５ｂよりも厚く塗布する必要がある。本実施例では、膜厚２μｍのＮｉメッキ薄膜導体４ｂ、５ｂを形成するため、フォトレジスト３０は、５μｍの厚さとした。なお、フォトレジストとしては、東京応化製メッキ厚膜用レジストのＰＭＥＲＰ−ＡＲ９００を用いた。また、フォトレジストの代わりに、例えば日立化成製フォテックＳＲ−３０００のようなドライフィルムレジストを用いても、同様な工程を達成できることはいうまでもない。
次に、メッキの前処理として基板を５％塩酸中に10分間浸し、 Ｎｉ薄膜導体４ａ、５ａの表面をライトエッチングする。ライトエッチング後は水洗を行う。
次に、メッキの前処理として基板を５％塩酸中に10分間浸し、 Ｎｉ薄膜導体４ａ、５ａの表面をライトエッチングする。ライトエッチング後は水洗を行う。
（ｄ）工程では、フォトレジスト３０の無い部分（導体部）にメッキによりＮｉ薄膜導体４ｂ、５ｂを形成する。本実施例のメッキ条件は、表３に示すようにスルファミン酸ニッケルを主体とするメッキ浴用いた。
メッキ時間は４分間で、膜厚２μｍのＮｉ膜を形成することが出来た。なお、メッキ液としては硫酸ニッケルを主体とするワット浴や塩化ニッケルを主体とする塩化ニッケル浴等でも同様なＮｉ膜を形成できることはいうまでもない。
次に、（ｅ）工程で、フォトレジスト３０を剥離する。このようにして形成したＮｉ薄膜導体４ｂ、５ｂは、導体部の幅４０μｍで、配線間隔は２２μｍである。
続いて、（ｆ）工程では、Ｎｉのエッチング液である硝酸、酢酸、硫酸混合液に１分間漬けて０. １μｍ厚さのスパッタによるＮｉ薄膜導体４ａ、５ａ全部とメッキによるＮｉ薄膜導体４ｂ、５ｂの表面層約０. １μｍをエッチングする。これにより、Ｎｉ導体部が形成される。本工程は、メッキ工程で生じたＮｉ薄膜導体４ｂ、５ｂのエッジ部のバリやヒゲといった欠陥をエッチングにより修正する工程でもある。
（ｇ）工程では、フォトレジストを塗布し、Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体のパターンをエッチングにより形成する。エッチング液には５％フッ酸を用いた。なお、上記実施例に用いたＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体に代えて、Ｔａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体を用いても、全く同様の結果を得られることは容易に理解されよう。このようにして、厚いＮｉ薄膜導体を効率良く形成することができた。これ以降は、実施例１における（３）の工程に入る。
以下、図面を用い、オリフィスプレ−ト表面層のみに撥水性被膜をコ−トすることができる具体的な実施例を説明する。
図１２（ａ）は、実施例１に示したヘッド製造方法を示す概略工程図である。この方法によって作られるヘッドのオリフィスプレート１１は、耐熱性樹脂プレ−トのみで構成されていた。一方、本実施例のヘッドのオリフィスプレート１１は、図１３に示すように、この樹脂膜４１の上に厚さ０．０５〜１μｍの望みの厚さの金属薄膜４２と、この金属薄膜４２の表面に強固に付着している厚さ０．０１〜５μｍの間の望みの厚さの撥水性被膜４３とから構成されている。この具体的な製造方法は図１２（ｂ）、および次に示す通りである。
実施例１に示した（５）の工程の完了後、この上に０．１μｍの厚さのＮｉ薄膜４２を高速スパッタ法で形成し、有機ケイ素系レジストを用いたフォトエッチングによってＮｉ薄膜４２にインク吐出口に相当する穴を形成する。そしてこのレジストを残したまま、電子サイクロトロン共鳴によって励起させた酸素プラズマによるドライエッチングによってポリイミドフィルム４１に垂直にノズル穴１２をあける。このノズル穴１２は、任意の角度に傾斜させてあけることも可能であり、本発明者の出願に係る特願平０５−３１８２７２号明細書（特開平７−１７１９５６号公報参照）に記載したように、図７に示すラインヘッドを組み立てる上で不可欠な実用技術となっている。このあと、有機ケイ素系レジストを除去し、Ｎｉ薄膜４２を被めっき電極とするめっき法によって撥水性被膜４３をこのＮｉ薄膜４２の表面のみに形成する。この撥水性被膜４３をめっきによって形成する方法は、複合めっきとして古くから良く知られており、フッ素樹脂とかフッ化グラファイト微粒子をＮｉめっき液に分散させてめっきすると、その被膜は非常に優れた撥水性を示す。また、最近の研究では、接触角が１８０゜に近い超撥水性被膜を形成することも可能（化学４６巻７号(1991)P477、他）と言われている。
ここでの試作評価では、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）と同等の約１１０゜の接触角を示す複合Ｎｉめっき被膜と、約１４０゜の接触角を示すフッ化グラファイト系の複合Ｎｉめっき被膜を被覆して評価した。その結果、吐出インク量のノズル間の差は認められず、インクのオリフィス面への付着もクリーニングが不必要と考えられる程度に低減することも確認できた。特に、フッ化グラファイト系の複合Ｎｉめっき被膜は、完全にクリーニングが不要となり、実際のプリンタを構成する上でクリーニングが削除できる大きな効果が得られた。
なお、図１２（ｂ）の工程において、金属薄膜があらかじめ形成されている二層構造のポリイミドフィルムを用いるとスパッタ工程が省略できることは明らかで、金属薄膜もＮｉ以外の金属であっても差しつかえない。なぜならば、この金属がインクによって腐食する可能性があっても、その表面が複合Ｎｉめっき被膜で保護されるからである。
なお、樹脂膜４１上に形成される金属薄膜４２の厚さは、０．０５μｍ〜１μｍ程度あれば、被めっき電極として充分使用することができ、また、この上にめっきによって形成する撥水性被膜４３の厚さも、薄いものは１００オングストローム程度（０．０１μｍ）のものも開発されている。これは、撥水性のあるフッ素化合物の有機錯体からなるめっき液で、フッ素化合物と金属を有機リン酸によって結合する方法と言われている。このように、撥水性被膜は０．０１〜５μｍの厚さで望みの厚さのものがオリフィスプレートの表面層のみに被覆することができ、場合によっては接触角が１８０゜という、水が完全にはじかれる超撥水処理さえできるのである。また、フッ素樹脂微粒子を分散させたフッ素系電着塗装法によって金属薄膜４２の表面に数μｍの厚さで接触角が１７０°を越える超撥水性被膜を形成することも可能で、この場合も完全にヘッドのクリ−ニングが不要となることを確認している。
１．シリコン基板、２．駆動用ＬＳＩデバイス領域、３．薄膜発熱抵抗体、４．個別薄膜導体、５．共通薄膜導体（グランド）、６．スルーホール接続部、７．駆動用配線導体（電源、データ、クロック他）、８．隔壁、９．個別インク通路、１０．共通インク通路、１１．オリフィスプレート、１２．インク吐出ノズル、１３．吐出インク、１４．インク溝、１５．連結穴、１６．フレーム側インク溝（または穴）、１７．フレーム、１８．インク供給口、１９．インク供給パイプ、２０．テープキャリア、２１．コネクタ、２２．押え金具、２３．ＳｉＯ2 層、３１．Ａ４フルカラーラインヘッド、３２．プリヒータ、３３．真空吸着搬送器、３４．記録媒体、３５，３５′．第１排気スリット、３６．第２排気スリット、３７．ヘッドクリーナ、３８．ヘッドキャップ、４１．樹脂膜（耐熱性樹脂プレ−ト）、４２．金属薄膜、４３．撥水性被膜
Claims (10)
- Ｓｉ基板と、
このＳｉ基板上に設けられた隔壁と、
この隔壁上に設けられ、インク滴を吐出する複数個の吐出口が形成された耐熱性樹脂プレートと、
この複数個の吐出口のそれぞれに対応して前記Ｓｉ基板上に設けられ、前記Ｓｉ基板上に設けられた前記隔壁によって仕切られた複数個の個別インク通路とを備えるインク噴射記録ヘッドチップを製造する方法であって、
前記耐熱性樹脂プレートに前記複数の吐出口を穿孔する工程を含み、
この複数の吐出口を穿孔する工程は、
前記耐熱性樹脂プレートの表面に金属薄膜を形成する工程と、
前記金属薄膜の前記複数の吐出口相当部分をフォトエッチングして穿孔する工程と、
前記耐熱性樹脂プレートの前記金属薄膜穿孔相当部分をドライエッチングして穿孔する工程とを有することを特徴とするインク噴射記録ヘッドチップの製造方法。 - 請求項１に記載のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法であって、
さらに、前記Ｓｉ基板上に、前記複数個の個別インク通路を形成するための前記隔壁を設けた後に、この隔壁の上に、前記複数個の吐出口を形成すべき前記耐熱性樹脂プレートを接着する工程を含み、
前記複数の吐出口を穿孔する工程は、この接着された前記耐熱性樹脂プレートに前記複数の吐出口を穿孔する工程であることを特徴とするインク噴射記録ヘッドチップの製造方法。 - 前記隔壁は、樹脂製であり、
前記耐熱性樹脂プレートを接着する工程は、前記Ｓｉ基板上に前記隔壁を設けた後に、この隔壁の上に前記耐熱性樹脂プレートを貼付する工程であり、
前記金属薄膜の前記複数の吐出口相当部分を穿孔する工程および前記耐熱性樹脂プレートの前記金属薄膜穿孔相当部分を穿孔する工程は、反応性ドライエッチング法によって行われることを特徴とする請求項２に記載のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法。 - 請求項１〜３のいずれかに記載のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法であって、
前記Ｓｉ基板の表側面に前記複数個の個別インク通路を連通するインク溝を形成するとともに、このインク溝と前記Ｓｉ基板の裏側面とを連通する少なくとも１個の連結穴を形成する工程を含むことを特徴とするインク噴射記録ヘッドチップの製造方法。 - 前記インク溝の幅を１００〜２００μｍの範囲とし、前記連結穴のサイズを３００〜６００μｍ×６００〜１０００μｍの範囲とし、この連結穴が１００〜３００個の吐出口に対して１個の割合で穿たれることを特徴とする請求項４に記載のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法。
- 前記Ｓｉ基板に前記インク溝および前記少なくとも１個の連結穴を形成する工程は、前記Ｓｉ基板上に前記隔壁を設けた後、この隔壁の上に前記耐熱性樹脂プレートを接着する工程および／または前記耐熱性樹脂プレートに前記複数の吐出口を穿孔する工程に先立って行われることを特徴とする請求項４または５に記載のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法。
- 請求項１〜６のいずれかに記載のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法であって、
前記Ｓｉ基板上に、前記複数個の吐出口にそれぞれ対応して複数個の発熱抵抗体を形成する工程を含み、
この複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電されることにより、対応する前記複数個の吐出口から前記インク滴は吐出されるものであり、
前記発熱抵抗体は、前記Ｓｉ基板上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体とからなることを特徴とするインク噴射記録ヘッドチップの製造方法。 - 前記複数個の吐出口は、前記複数個の発熱抵抗体のそれぞれに対応して、前記Ｓｉ基板上に形成された前記薄膜抵抗体の略垂直上方に設けられ、
前記複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電することによって、前記吐出口から前記発熱抵抗体と垂直または略垂直方向にインク滴を吐出するものであることを特徴とする請求項７に記載のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法。 - 請求項１〜８のいずれかに記載のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法によって得られるインク噴射記録ヘッドチップを、前記複数個の個別インク通路を連通させるよう前記Ｓｉ基板の表側面に設けられたインク溝と前記Ｓｉ基板の裏側面とを連通する、前記Ｓｉ基板に形成された連結穴の数と同数あるいはそれ以下のインク供給路を備えたフレームに固定し、配線実装して組み立てられることを特徴とするインク噴射記録ヘッドの製造方法。
- 請求項１〜８のいずれかに記載のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法を用いて得られるインク噴射記録ヘッドチップを備えたインク噴射記録ヘッド、あるいは、請求項９に記載のインク噴射記録ヘッドの製造方法を用いて得られるインク噴射記録ヘッドを搭載することを特徴とする記録装置。
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